沖壓工藝與沖模設計第十一章課件

1、沖壓工藝與沖模設計 第2版 主編 翁其金 第十一章沖壓模具壽命及模具材料 第一節(jié)沖壓模具壽命11-沖壓模具壽命有兩重含義:兩次復磨間的最大沖壓件數(shù)稱為模具的復磨壽命;一副模具從開始使用到不能修復所沖沖壓件的總數(shù)量稱為模具的總壽命。在生產(chǎn)中應該重視提高模具的總壽命,更應該重視提高模具的復磨壽命。當然,這兩者是有聯(lián)系的。模具壽命受各種失效形式的限制。11-一、冷沖模的工作條件及失效形式1.各種冷沖模的工作條件各種冷沖模的工作零件一般都是整個模具中受力最大、工作條件最差的零件。各種沖模的工作零件都承受一定的壓力和摩擦力。其中凸模在工作時都承受著壓力,在回程時又承受著脫模所產(chǎn)生的拉力,這就構(gòu)成了拉壓循

2、環(huán)應力。如果坯料偏斜(或由于送料誤差的原因),則凸模還承受偏心載荷。以上受力情況可能使凸模折斷或疲勞斷裂。凹模在工作時一般都承受徑向壓應力和切向拉應力,而且都是周期變化的循環(huán)應力,可能導致凹模的疲勞破壞。11-2.冷沖壓模具的失效形式模具經(jīng)過使用,由于種種原因不能再沖出合格的沖件,也不能再修復,這種情況一般稱為模具失效。冷沖模失效形式主要有以下幾種:11-圖11-1沖裁模刃口磨損曲線11-損、正常磨損和急劇磨損。模具磨損可以分為摩擦磨損和粘著磨損兩種。在冷沖壓加工中,粘著磨損必須引起注意。所謂粘著磨損是指模具工作零件粘著上了被加工材料的微粒和碎屑,使模具工作零件表面變得很粗糙,導致摩擦阻力增大

3、,磨損加劇。其結(jié)果使模具工作零件表面與材料間的局部壓力和溫度升高,進一步促進了粘合現(xiàn)象的產(chǎn)生,從而又進一步加劇了模具的磨損,形成惡性循環(huán),致使模具壽命很快下降。(2)變形失效由于模具工作零件內(nèi)的應力超過了本身材料的屈服強度,因而產(chǎn)生塑性變形。(1)磨損失效沖裁模刃口的磨損過程大體分為三個階段(圖11-1):初期磨11-圖11-2冷沖模的局部破損與整體破損11-(4)啃傷失效由于模具裝配質(zhì)量差,壓力機導向精度低,模具安裝調(diào)整不當,送料誤差等原因,使凸、凹模相碰,造成刃口崩裂,沖壓件毛刺突然增大。(3)斷裂失效模具在使用過程中突然出現(xiàn)裂紋而失效。11- 二、影響沖模壽命的因素及提高沖模壽命的措施1

4、.沖壓工藝及沖模設計對模具壽命的影響正確的沖壓工藝及沖模設計是保證模具高壽命的前提。關于沖壓工藝及沖模設計已在有關章節(jié)作了詳細論述,這里進一步強調(diào)以下幾點:11-(1)冷沖壓用原材料對模具壽命的影響實際生產(chǎn)中,由于沖壓用原材料的厚度公差不符合要求、材料性能的波動、表面質(zhì)量差和不干凈等而造成模具工作零件磨損加劇、崩刃的情況時有發(fā)生。1)沖壓前應對原材料的牌號、厚度、表面質(zhì)量進行嚴格檢查。2)盡量采用工藝性好的材料,以減少沖壓變形力,改善模具工作條件。3)保證材料表面質(zhì)量和清潔對任何沖壓工序都是必要的。4)應根據(jù)沖壓工序性質(zhì)和原材料種類,安排必要的軟化處理和表面處理與潤滑工序。11-圖11-3潤滑

5、劑與模具壽命的關系11-甚大。(3)模具的導向結(jié)構(gòu)對模具壽命的影響必要和可靠的導向,對于減小工作零件的磨損,避免凸、凹?？袀麡O為有效,尤其對無間隙或小間隙沖裁模、復合模和多工位級進模更為重要。(4)模具幾何參數(shù)對模具壽命的影響凸、凹模的形狀、間隙和圓角半徑不僅對沖件成形影響極大,而且對模具的磨損影響也很大。圖11-4所示為沖裁間隙值和搭邊值對凸模磨損的影響,從總的趨向看,采取較大間隙和較大搭邊值,有利于減少磨損,提高模具壽命。(2)排樣與搭邊對模具壽命的影響排樣方法與搭邊值對模具壽命影響11-圖11-4沖裁間隙值和搭邊值對凸模磨損的影響a)搭邊值為3mmb)搭邊值為1.2mm1軸向磨損量2徑向

6、磨損量11-圖11-5凹?？谛螤詈蛨A角半徑對模具壽命的影響11-2.模具材料對模具壽命的影響據(jù)統(tǒng)計,模具材料性質(zhì)及熱處理質(zhì)量對模具壽命的影響是影響模具壽命諸因素中最重要的因素。模具材料對模具壽命的影響是模具材料種類、化學成分、組織結(jié)構(gòu)、硬度和冶金質(zhì)量等的綜合反映。模具材料種類對模具壽命的影響是很大的,如圖11-6所示是用不同模具鋼制造彎曲模對同一種彈簧鋼板進行彎曲試驗的結(jié)果。11-圖11-6模具材料種類對模具壽命的影響11-3.模具的熱加工與表面強化對模具壽命的影響模具的熱加工包括鍛造、預先熱處理、粗加工后的消除應力退火、淬火與回火、磨削后或電加工后消除應力回火等。模具的熱加工質(zhì)量對模具的性能

7、與使用壽命影響很大。鍛造是模具工作零件制造過程中的重要環(huán)節(jié)。模具工作零件毛坯的預先熱處理,視材料和要求的不同有退火、正火、調(diào)質(zhì)等。模具材料的淬火與回火是保證模具工作零件性能的中心環(huán)節(jié)。淬火與回火工藝合理與否,對模具承載能力和壽命有直接的影響。11-4.模具加工工藝對模具壽命的影響模具工作零件需要經(jīng)過車、刨、銑、鉆、磨、冷壓、刻印、電加工等多道加工工序。加工質(zhì)量對模具的耐磨性、抗斷裂能力、抗粘合能力等都有顯著的影響。11-5.壓力機的精度與剛性對模具壽命的影響 壓力機的精度與剛性對冷沖模的壽命影響不可忽視。使用精度高、剛性好的壓力機,沖模壽命可以大大提高,例如用Cr12MoV制造的復雜的硅鋼片沖

8、模,在普通開式壓力機上使用時,平均復磨壽命為14萬次;而在新式的高精度壓力機上使用時可達815萬次。因此,小間隙或無間隙沖模、硬質(zhì)合金沖模、高精度沖模必須選擇精度高、剛性好的壓力機,才能獲得良好的效果。否則,將損壞模具,降低模具壽命。11- 6.模具的使用、維護和保管 正確使用、維護和保管模具是提高模具壽命的重要方面。它包括模具正確安裝與調(diào)整;注意保持模具的清潔和合理的潤滑;防止誤送料、沖疊片;嚴格控制凸模進入凹模深度,控制校正彎曲、冷擠、整形等工序上模的下止點位置;及時復磨,研光;設置安裝塊和行程限制器,以便安裝、使用和儲存等。11- 第二節(jié)沖壓模具材料及熱處理11-一、對冷沖模工作零件材料

9、的要求 1.對材料使用性能的要求對冷沖模具鋼使用性能的基本要求是具有高硬度(5864HRC)和強度,具有高耐磨性,有足夠的韌度,熱處理變形小,有一定的熱硬性。不同的冷沖模對模具鋼的性能要求是有區(qū)別的。沖裁模要求高硬、高耐磨性和一定的韌度;拉深等成形模要求高耐磨、抗粘合能力;冷擠壓模要求高的耐磨性、抗疲勞強度和較高的韌度。11-2.對材料工藝性能的要求由于冷沖模工作零件一般要經(jīng)過較復雜的制造過程,因而必須具有對各種加工工藝的適應性。對冷沖模具材料的工藝性要求包括可鍛性、加工工藝性、脫碳、氧化的敏感性、淬硬性、淬透性、過熱敏感性、淬火裂紋敏感性、磨削加工性等。11-二、冷沖模具材料的種類及特性冷沖

10、模材料主要是指工作零件所用的材料。目前用于冷沖模工作零件的材料有工具鋼、硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鑄鐵、鑄鋼、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、聚氨酯、合成樹脂等。其中各種工具鋼是模具工作零件的主要材料;硬質(zhì)合金用于高壽命大批量生產(chǎn)的模具;其他材料主要用于制造大型沖壓件的成形?；蚝喴啄＞?。11-1.冷沖模用鋼的分類及特性冷沖模用鋼按工藝性能和使用性能特點可分為六組,見表11-1。在同一組中,具有共同的特性,在一定條件下可以互相代用。11-表11-1冷作模具鋼分類表11-T10A和Cr2是這組鋼的典型代表。T10A是碳素工具鋼中制造冷沖模的通用鋼材。Cr2鋼相當于在T10A鋼中加入1.5%的鉻,使淬透

11、性大為提高。小型模具用分級淬火或等溫淬火可獲得硬度和韌度良好配合的性能;大、中型模具淬火后形成表面硬化層,有良好的耐疲勞能力。Cr2鋼用作軸承行業(yè)中的冷沖模和冶金行業(yè)中的冷拔模均有良好效果。 (2)低變形冷作模具鋼這組鋼是低合金工具鋼。MnCrWV鋼是這組鋼中綜合性能優(yōu)良的代表性鋼種。(1)低淬透性冷作模具鋼這組鋼包括碳素工具鋼和部分低合金工具鋼。11-(3)高耐磨微變形冷作模具鋼這組鋼是高合金鋼。Cr12和Cr12MoV是高碳高鉻鋼的代表性鋼號,其優(yōu)點如上所述,缺點是碳化物偏析傾向嚴重。Cr4W2MoV是針對高碳高鉻鋼的缺點而研制的高碳中鉻鋼,是一種性能良好的冷沖模鋼。其碳化物顆粒較小,分布

12、較均勻,具有較高的淬硬性、淬透性、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性,韌度較好,可代替Cr12等高碳高鉻鋼。Cr2Mn2SiWMoV鋼在輕載精密沖模上可代替Cr12MoV鋼,其特性是可鍛性較好,耐磨性與Cr12MoV相近,在較低溫度(860920)加熱后可空冷淬硬,變形小,屬于低溫空淬微變形鋼,回火穩(wěn)定性亦較好。這種鋼主要用于制造各種輕載的復雜形狀的沖模、高精度多孔沖模、電機硅鋼片沖槽模等。11-(4)高強度冷作模具鋼這組鋼是通用高速鋼。(5)高強韌冷作模具鋼過去,承受重載荷的冷擠壓模,一般采用高速鋼或高碳高鉻鋼制造。6W6Mo5Cr4V是降碳減釩型的高速鋼。與W6Mo5Cr4V2比較,其含碳量減少,改善了碳

13、化物分布的均勻性,提高了抗彎強度和沖擊韌度,但仍保持了良好的回火穩(wěn)定性。這種鋼主要用于代替高速鋼或高碳高鉻鋼制造易斷裂的冷擠壓凸模,壽命可成倍提高。11-表11-2中國研制和仿制的模具鋼鋼號、代號及主要化學成分11-表11-2中國研制和仿制的模具鋼鋼號、代號及主要化學成分(6)抗沖擊冷作模具鋼這組鋼屬于中碳低合金工具鋼,具有高韌度、高的耐沖擊疲勞能力,但抗壓和耐磨性不高。11-2.硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金比模具鋼具有更高的硬度、熱硬性、耐磨性和抗壓強度,但抗彎強度和可加工性差。用于制造冷沖模的硬質(zhì)合金是鎢鈷類。對于沖擊力小的,要求耐磨的沖模,可選用YG6、YG8等;對于沖擊力較大的沖模應

14、選YG15、YG20、YG25等。11-因為一般的硬質(zhì)合金的基體是硬質(zhì)的碳化鎢、碳化鈦,所以不能進行切削加工,而鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以合金鋼粉末(鉻鉬鋼或高速鋼,其含量占50%65%)作為粘結(jié)劑,以碳化鈦、碳化鎢粉末為硬質(zhì)相,經(jīng)壓制成形和燒結(jié)制成。因其基體是鋼,所以可以鍛造、切削加工、熱處理、焊接。它具有高硬度(淬火回火后硬度達70HRC)、高耐磨性,是一種很好的模具材料。與模具鋼相比,可提高模具壽命幾十倍甚至百倍以上。當然,鋼結(jié)硬質(zhì)合金畢竟是碳化物硬質(zhì)相較多的粉末冶金材料,可鍛性和可加工性比較差,因而對鍛造溫度和鍛造方法以及切削加工規(guī)范都有嚴格的要求。11-用于制造冷沖模的鋼結(jié)硬質(zhì)合金的牌號、成分和性能見表11-3。表11-3鋼結(jié)硬質(zhì)合金的牌號成分和性能11- 三、冷沖模具材料的選用及熱處理要求模具材料種類很多,同時,沖壓工序和被沖材料種類也很多,實際生產(chǎn)條件又不盡相同,因此,要做到合理選擇模具材料,提出恰當?shù)臒崽幚硪?必須根據(jù)模具的工作條件、生產(chǎn)量、模具材料市場供應情況及各模具材料的可加工性,